Dimensi Hidrolik PDF

Preview

Summary

Sri Sangkawati SRI SANGKAWATI 1 G. G. Komponen Bang. (krib, matras batu, pasangan Utama Pengelak batu kosong dan/atau C. dinding pengarah). Dinding pemisah B F E A D pembilas (Kantong lumpur / sand trap) H (fish way, fish passage) Tidak semua bangunan utama pengelak mempunyai seluruh komponen pada, ...

Description

Sri Sangkawati

SRI SANGKAWATI

1

G.

G.

Komponen Bang. Utama Pengelak

(krib, matras batu, pasangan batu kosong dan/atau dinding pengarah).

C.

Dinding pemisah B

F

E

A D

pembilas

(Kantong lumpur / sand trap)

H (fish way, fish passage)

Tidak semua bangunan utama pengelak mempunyai seluruh komponen pada, tergantung dari kebutuhan masing-masing.

Bendung

PERENCANAAN BANGUNAN UTAMA

Intake

Talang

Lokasi : Bendung Karang Talun, Yogya

Kantong lumpur

Bangunan pembilas

Tipe bendung Lebar sungai

BENDUNG (WEIR) Elevasi bendung Desain kolam olak Debit pengambilan BANGUNAN PENGAMBILAN

TAHAP PERENCANAAN

Kecepatan Aliran Dimensi bangunan

KANTONG LUMPUR

Kecepatan aliran Tipe penampang Data curah hujan

DATA HIDROLOGI SRI SANGKAWATI

Data debit, neraca air

4

Gambar Komponen Bendung Tetap Mercu Bendung (menaikkan elevasi muka air)

Kolam olak meredam energi yang jatuh dari mercu sehingga tidak merusak sungai hilir/local scouring.

Konsolidasi dasar sungai

Lantai lindung

Lantai Lindung (beton bertulang), perlindungan terhadap gerusan/scouring.

Koperan

Pelat pancang baja

Endsill

(dari beton)

Untuk memperpanjang creep line sehingga mengurangi up lift pressure. Juga untuk perlindungan thd ‘pipping’ /seepage dari bawah bendung.

Untuk melindungi dasar sungai bagian hilir dan untuk perkuatan pondasi.

perkuatan lantai muka bendung.

Tubuh Bendung Tetap

Tubuh bendung pada umumnya dibangun dari beton atau pasangan batu dan merupakan konstruksi yang solid Penampang melintang bendung tetap mempunyai bidang vertikal atau hampir vertikal pada bagian hulunya, dan bidang dengan kemiringan landai pada bagian hilirnya.

Tubuh Bendung Tetap

Bentuknya hampir menyerupai trapesium dan dengan bentuk hisdrolis yang menguntungkan Tepi hulu mercu bendung pada umumnya berbentuk ellips atau setengah lingkaran dan mercu hilirnya berbentuk parabola yang bersambung dengan permukaan lereng hilir.

Tubuh Bendung Tetap

pada sungai yang berbatu agar dibuat bagian hilirnya lebih landai dan lereng hilirnya curam. Pada bagian bawah (kaki) bendung dibuat cekungan yang bersambung dengan lantai hilir bendung.

Perencanaan hidrolis bendung dan pelimpah Perencanaan hidrolis BENDUNG tetap dan BANGUNAN PELIMPAH pada dasarnya sama, yang membedakan adalah ketinggiannya.

Tahapan perencanaan dapat dibagi menjadi : A. Perencanaan elevasi mercu bendung. B. Perencanaan lebar efektif bendung. C. Perencanaan hidrolis mercu bendung. D. Perencanaan kolam olak

A. Perencanaan Elevasi Mercu Elevasi mercu bendung tetap ditentukan berdasarkan elevasi yang diperlukan agar air dapat mengalir secara gravitasi . Elevasi mercu pelimpah ditentukan berdasarkan besarnya volume air yang akan ditampung di dalam waduk.

Fungsi mercu : 1. mengatur tinggi air minimum, 2. melewatkan debit banjir 3. membatasi genangan di hulu bendung atau bendungan

A. Perencanaan Elevasi Mercu

Elevasi muka air yang diperlukan pada bendung tetap sama dengan muka air rencana di depan bangunan pengambilan .

A. Perencanaan Elevasi Mercu Elevasi muka air rencana di depan bangunan pengambilan ditentukan berdasarkan : 1. Elevasi muka air yang diperlukan untuk eksploitasi normal . Elevasi ini ditentukan berdasarkan : • Elevasi tertinggi/maksimum daerah layanan misal : sawah, kawasan industri, perumahan dll • Kedalaman air di sawah di daerah irigasi (10-15 cm).

• Kehilangan tinggi energi di saluran dan bangunan sepanjangsaluran tersier, saluran sekunder, saluran primer

A. Perencanaan Elevasi Mercu 2. Beda tinggi energi pada kantong lumpur yang diperlukan untuk membilas sedimen dari kolam. 3. Beda tinggi energi pada bangunan pembilas yang diperlukan untuk membilas sedimen dekat pintu pengambilan.

4. Beda tinggi energi yang diperlukan untuk meredam energi pada kolam olak.

Variasi tinggi ma =

= 0,18 h100

~5cm

~10 cm

=ixL ~5-15cm

~5cm

~10 cm

Elevasi tertinggi daerah layanan

h100 = kedalaman muka air pada muka air normal 100 % (KP 05)

Elevasi muka air yang diperlukan di saluran primer/sekunder di hulu bangunan sadap tersier ditentukan dengan rumus :

P = A + a + b + n.c + d + m.e + f + g + ∆h + Z

(m & n = jumlah box)

a+b+n.c+d+ m.e+f+g+∆h+Z = HEAD yang diperlukan untuk irigasi.

Di mana : P = muka air di saluran primer/sekunder. A = elevasi air tertinggi di sawah. a = tebal lapisan air di sawah ~ 10 cm b = kehilangan tinggi energi di sal. kuarter ke sawah ~ 5 cm. c = kehilangan tinggi energi di box bagi kuarter ~5 - 15 cm/box.

d = kehilangan tinggi energi selama pengaliran di saluran irigasi (i x L). e = kehilangan tinggi energi di box bagi tersier ~ 10 cm. f = kehilangan tinggi energi di gorong-gorong ~ 5 cm. g = kehilangan tinggi energi di bangunan sadap tersier.

∆h = variasi tinggi muka air 0,18 h100 (h100 = kedalaman muka air pada muka air normal/MAN 100 %). Z = kehilangan tinggi energi di bangunan tersier yg lain (jembatan dll).

(K.Lumpur)

Elevasi sawah Tinggi air sawah

Sketsa penentuan elevasi mercu bendung.

A1. Contoh Perkiraan Penentuan Elevasi Mercu Bendung No

URAIAN

KETINGGIAN (m)

1

Elevasi sawah yang akan diairi

2

Tinggi air di sawah

0,10

3

Kehilangan tinggi energi/tekanan : - Dari saluran tersier ke sawah - Dari saluran sekunder ke tersier

0,10 0,10

- Bangunan lain antara lain kantong lumpur

0,10 0,15 0,40 0,20 0,25

- Eksploitasi

0,10

- Dari saluran primer ke sekunder - Akibat kemiringan saluran

- Akibat bangunan ukur - Dari intake ke sal.primer/kantong lumpur

4

A

Jumlah = 1,50 m Jadi elevasi mercu bendung = A + 1,50 m

A2. Perkiraan Penentuan Tinggi Mercu Bendung Tinggi untuk bangunan bendung (p) irigasi dapat dihitung sbb. : 1. Elevasi sawah (Lihat gambar 1, misal) 2. Tinggi genangan 3. Kehilangan tekanan dibangunan Box Tersier Ketinggian air di saluran tersier 4. Kehilangan tekanan di sal tersier ( L x i ters) 5. Kehilangan tekanan di bangunan Sadap Ketinggian air di saluran Sekunder 6. Kehilangan tekanan di sal sekunder( L x i sek) 7. Kehilangan tekanan di bangunan Bagi Ketinggian air di saluran Induk 8. Kehilangan tekanan di saluran induk( L x i induk) 9. Kehilangan tekanan dipintu pengambilan 10. Keamanan Elevasi mercu bendung

+ 15,00 m 0,15 m 0,10 m +15,25 m 0,10 m 0,10 m + 15,45 m 0,10 m 0,10 m + 15,65 m 0,10 m 0,10 m 0,10 m + 15,95 m

Yang utama dalam perencanaan konstruksi bendung adalah tinggi mercu (p) dan lebar bendung. Tinggi mercu ditentukan dengan mempertimbangkan ketinggian/elevasi lahan yang membutuhkan air dan kehilangan saat penyaluran air.

Gambar 1

TINGGI MERCU BENDUNG p : YAITU KETINGGIAN ANTARA ELEVASI LANTAI HULU/ DASAR SUNGAI DI HULU DAN ELEVASI MERCU  BELUM ADA RUMUS YANG PASTI, HARUS DIPERTIMBANGKAN STABILITAS BENDUNG. JIKA BENDUNG UNTUK KEPERLUAN IRIGASI MAKA TINGGI MERCU DIANJURKAN ≤ 4 m, MINIMUM 0,5 H.

JIKA p > 4 m (MISAL BENDUNG DI LOKASI SUDETAN/SHORT CUT), MAKA ELEVASI DASAR LANTAI HULU DILETAKKAN LEBIH TINGGI DARI DASAR SUNGAI  GAMBAR 

Lantai hulu Dasar sungai

Sudetan/Short cut :

Keuntungan bendung di sudetan : 1. Pelaksanaan tidak terganggu aliran sungai. 2. Arah aliran menuju bendung lebih baik. 3. Penempatan lokasi intake dan sand trap lebih baik.

Kerugian : Harus dibuat tanggul penutup sungai yang dalam pelaksanaannya diperlukan bangunan pengelak khusus. Jika bendung pada palung sungai, pelaksanaan terganggu aliran air, perlu pekerjaan pengeringan, perlu pengarah arus, tapi tidak perlu tanggul penutup. Sudetan terjadi pada sungai ber-meander dan kapasitas debitnya tidak memadai  fungsi sudetan untuk memperpendek aliran sungai dan memperbesar kemiringan sungai (i). muka air akan lebih rendah tapi kecepatan akan lebih besar dan terjadi scouring serta mempersulit pelayaran.

 Untuk memperbaiki arah, lokasi alur dan pengendalian banjir  sering dibuat SUDETAN / SHORTCUT pada sungai yg bermeander  Harus hati-hati karena arah alur sungai cenderung akan kembali ke kondisi awal. Dengan sudetan  kemiringan dasar sungai pada sudetan > kemiringan semula sehingga

Mengakibatkan daya angkut sedimen meningkat  akan terjadi erosi dasar alur di hulu & sedimentasi di hilir sudetan. SETELAH SEIMBANG, KEMIRINGAN DASAR SUNGAI MENJADI = SEMULA, DENGAN ELEVASI DASAR SUNGAI DI BAGIAN HULU SUDETAN < DARI ELEVASI SEMULA

●

Bendung Idrapura di sudetan sungai Indrapura, Sumatra Barat.

SHORT CUT

● NIJMEGEN

SUNGAI WAAL

THE PRINCIPLE OF BOTTOM

agradasi Dangkal dan sempit

degradasi

KONDISI SUNGAI DI INDONESIA PADA UMUMNYA MEMPUNYAI KANDUNGAN SEDIMEN YANG TINGGI, SEHINGGA BAGIAN HILIR SUNGAI MENGALAMI AGRADASI, YG MENGAKIBATKAN ALUR SUNGAI JADI DANGKAL & SEMPIT. Untuk mengatasi hal ini, dilakukan pengerukan (dredging), yg hanya bersifat sementara, jadi perlu kegiatan yg bersifat rutin.

B. DATA-DATA Lebar Efektif Bendung & Pelimpah Lebar bendung/pelimpah adalah jarak antara pangkal2 abutment

B. Lebar Efektif Bendung & Pelimpah

DATA-DATA

Lebar bendung/pelimpah dibuat

= lebar rata-rata sungai pada bagian yg stabil, maksimum = 1,2 kali lebar rata-rata sungai. Di ruas sungai bagian bawah, lebar rata-rata sungai dapat diambil pada saat debit penuh (bankfull

discharge). -Di ruas sungai atas agak sulit untuk menentukan debit penuh, sehingga untuk menentukan lebar

bendung, maka lebar rata-rata sungai diambil dari debit banjir rata-rata tahunan.

B. Lebar Efektif Bendung & Pelimpah

DATA-DATA

Dalam perencanaan, diperlukan lebar efektif bendung /pelimpah , yaitu lebar yg efektif melewatkan debit banjir disain = bentang bendung/pelimpah dikurangi dengan kontraksi yang terjadi, dihitung dgn. persamaan sbb.

B  B  2(nK  K ) H e p a 1

Be = lebar efektif bendung. B = lebar bendung/jarak antara pangkal bendung. n = jumlah pilar . Kp = koefisien kontraksi pilar. Ka = koefisien kontraksi pangkal bendung (abutment). H1 = tinggi energi, m.

Kehilangan tg energi

I

I

II

Pembilas

H1

Abutment

B1

B2

B3

B1e

B2e

Bs

II

Lebar efektif pembilas Bs = 0,80 B3

H1= tinggi energi 1

Pilar

Ka H1

KpH1

KaH1

Lebar bendung = B = B1 + B2 + B3 Be = B1e + B2e + Bs Lebar efektif bendung : Be = B - 2(n.Kp + Ka) H1

Besarnya koefisien kontraksi abutment dan pilar tergantung dari bentuk pilar dan abutment :

- Semakin besar penyimpangan (divergence) dari garis aliran (streamline), semakin besar pula koefisien kontraksinya (mis. Kp untuk ujung pilar bulat lebih besar dari Kp ujung pilar yang runcing), sehingga semakin kecil lebar efektif mercu bendung/pelimpah. - Nilai koefisien kontraksi pilar K p dan koefisien kontraksi pangkal bendung Ka dapat dilihat pada tabel berikut 

Agar pembuatan bangunan peredam energi tidak terlalu mahal maka aliran per satuan lebar dibatasi sekitar 12 – 14 m³/s  yg akan memberikan tinggi energi maksimum H 1= 3,5 – 4,5 m.

Tabel Nilai Kp (koefisien kontraksi pilar).

No. 1.

2.

Bentuk Pilar Ujung pilar segiempat dengan sudut dibulatkan pada jari-jari yang hampir = 0,1 dari tebal pilar. Ujung pilar segiempat dengan sudut tanpa pembulatan.

Kp 0,02 0,10

3.

Ujung pilar bulat.

0,01

4.

Ujung pilar runcing.

0,00

Tabel Nilai Ka (koefisien kontraksi pangkal bendung).

No.

Bentuk Pangkal Tembok

1.

Abutment/pangkal tembok segiempat dengan

Ka

dinding hulu pada 90⁰ ke arah aliran.

0,20

2.

Abutment bulat dengan tembok hulu pada 90⁰

0,10

3.

ke arah aliran dengan 0,5 H 1 > r > 0,15 H1. Abutment bulat di mana tembok hulu < 45⁰ ke arah aliran dengan r > 0,5 H1.

0,00

C. MERCU BENDUNG / PELIMPAH Pemilihan bentuk hidrolis mercu sangat penting, untuk menghindari akibat-akibat negatif seperti :  agradasi  degradasi  gerusan lokal  head loss,  kavitasi

C. MERCU BENDUNG / PELIMPAH

DATA-DATA

Bentuk mercu yang banyak dipakai di Indonesia adalah tipe Ogee dan mercu bulat (mercu Vlugter dan Schoklitsch). Profil mercu direncanakan sedemikian agar sesuai dengan tirai luapan bawah (flow nappe) dari suatu ambang tajam

C. MERCU BENDUNG / PELIMPAH

DATA-DATA

Bentuk tirai luapan di atas ambang-tajam dapat didekati berdasarkan prinsip lemparan peluru, yaitu komponen kecepatan aliran horisontal adalah konstan, sehingga gaya yang bekerja pada tirai luapan adalah hanya gaya berat. Dengan tebal tirai luapan vertikal T dianggap konstan, maka persamaan umum untuk permukaan tirai luapan adalah : y x  x  A   B  C  D H H H 2

C. MERCU BENDUNG / PELIMPAH

DATA-DATA

Merupakan persamaan pangkat dua, sehingga permukaan tirai luapan secara teoritis berbentuk parabola. Dari berbagai penelitian yang dilakukan antara lain oleh U.S. Bureau of Recalamation, Creager, Justin, Ippen, konstanta-konstanta dalam persamaan umum tirai luapan adalah: y x  x  A   B  C  D H H H 2

m

hv  0,208 H

hv adalah tinggi kecapatan aliran msuk.

A  0,425  0,25

hv H

h h h  B  0,411  1,603 v  1,568 v   0,892 v  0,127 H H H 2

C  0,150  0,45

hv H D  0,57  0,02(10m) 2 exp(10m)

C. MERCU BENDUNG / PELIMPAH Profil mercu yang dibuat berdasarkan penyelidikan Bazin (1886-1888) adalah berimpit dengan permukaan bawah tirai luapan melalui ambang tajam dan dikenal sebagai profil Bazin. Secara teoritis seharusnya tidak akan menyebabkan tekanan negatif pada mercu. Akan tetapi pada kenyataannya terjadi gesekan oleh kekasaran permukaan bendung atau pelimpah, sehingga timbul tekanan negatif. Adanya tekanan negatif dapat menimbulkan kavitasi (cavitation) dan dapat mengakibatkan kerusakan

C. MERCU BENDUNG / PELIMPAH Percobaan USBR menggunakan data dasar dari Bazin, menyusun koordinat-2 permukaan tirai luapan untuk ambang tegak dan ambang dengan berbagai kemiringan. Berdasarkan data USBR, U.S. Army Corps of Engineers menyusun bentuk baku profil mercu bendung/pelimpah di Waterway Experiment Station (WES), yang juga dikenal dengan MERCU OGEE. Bentuk baku mercu ini dinyatakan dengan persamaan :

X n  KH dn1Y

X dan Y adalah koordinat dari profil mercu dengan pusat koordinat pada titik tertinggi dari mercu.

Hd = tinggi tekan rencana dari aliran yang melalui mercu bendung. K dan n = parameter-2 yang besarnya tergantung dengan faktor kemiringan permukaan bendung bagian hulu.

C. MERCU BENDUNG / PELIMPAH Nilai K dan n ditetapkan sbb:

Bentuk-2 MERCU OGEE menurut standar WES

C. MERCU BENDUNG / PELIMPAH X n  KH dn1Y

Hd = tinggi tekan rencana dari aliran yang melalui mercu bendung.

Debit melalui pelimpah ogee dihitung dengan persamaan

Q  CBe H

1,5 e

Q = debit Be = panjang efektif He = tinggi enersi total pada mercu C = koefisien debit.

C. MERCU BENDUNG / PELIMPAH Besarnya koefisien debit tergantung pada faktor : 1. faktor kecepatan awal/ kecepatan masuk, 2. faktor kemiringan hulu dan 3. efek aliran tenggelam di landasan hilir.

1. Faktor kecepatan awal

Besarnya koefisien debit tergantung dari ketinggian bendung / pelimpah (h) dan tinggi rencana (design head) di atas mercu bendung (Hd).

C. MERCU BENDUNG / PELIMPAH Bila ketinggian bendung adalah lebih besar dari 1,33 kali tinggi rencana, maka efek kecepatan masuk dapat diabaikan. h 1,33 Hd

He  1,0 Hd

Dalam kondisi ini koefisien debit C sebesar Cd, yang mempunyai nilai 2,2 dalam satuan MKS dan 4,03 dalam satuan FPS.

.

C. MERCU BENDUNG / PELIMPAH Bila ketinggian bendung lebih kecil dari 1,33 kali tinggi rencana, maka efek kecepatan masuk tidak dapat diabaikan. Kondisi ini biasanya terjadi pada bendung-bendung yang rendah h 1,33 Hd

Grafik tidak berdimensi, dibuat oleh Waterway Experiment Station dapat dipakai untuk mengetahui besarnya efek kecepatan masuk. Grafik ini merupakan fungsi He/Hd dengan C/Cd untuk suatu mercu bendung/ pelimpah yang direncanakan dengan bentuk WES dengan kemiringan hulu tegak lurus.

Grafik faktor koreksi debit pelimpah WES

SRI SANGKAWATI

44...